文/王向麗 倪培永 張新松 郭曉麗 王 忠,，南通大學(xué)電氣工程學(xué)院 江蘇大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院

隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展,，潤(rùn)滑油需求量持續(xù)增長(zhǎng)。據(jù)美國(guó)弗里多尼亞集團(tuán)的最新報(bào)告顯示,，未來(lái)幾年全球潤(rùn)滑油需求將以年均 2. 6% 的速度增長(zhǎng),，到2015 年全球潤(rùn)滑油需求將達(dá)到 4 170 萬(wàn) t / a。根據(jù)水木清華研究中心統(tǒng)計(jì),，2006—2010 年我國(guó)潤(rùn)滑油產(chǎn)量年均增速 8. 4%,，遠(yuǎn)高于世界的 1. 4%。隨著潤(rùn)滑油需求的持續(xù)擴(kuò)大,，廢潤(rùn)滑油（ waste lubricatingoil,，WLO) 市場(chǎng)保持每年 7. 57% 增長(zhǎng)，按可回收的廢潤(rùn)滑油量 50%計(jì)算,，2015 年我國(guó)可供回收利用的廢潤(rùn)滑油約780 萬(wàn)t,。

對(duì)于廢潤(rùn)滑油，目前主要有以下處理方法:①丟棄; ②道路油化; ③焚燒; ④再生成燃料; ⑤再生成潤(rùn)滑油,。如果對(duì)廢潤(rùn)滑油隨機(jī)丟棄或處理不當(dāng),，將會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生破壞作用。相反,，如果將廢潤(rùn)滑油再處理,，則變廢為寶，成為內(nèi)燃機(jī)等燃燒設(shè)備的可用燃料,。這與國(guó)家相關(guān)部門制定的《廢物資源化科技工程“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》的宗旨是一致的,。

1 廢潤(rùn)滑油作為能源燃料的系統(tǒng)評(píng)價(jià)

國(guó)外學(xué)者對(duì)廢潤(rùn)滑油作為能源燃料進(jìn)行了系統(tǒng)評(píng)價(jià),。Turlough綜述了廢潤(rùn)滑油環(huán)境依賴性和生命周期管理，明確企業(yè),、員工和第三承包商的具體義務(wù)與職責(zé)范圍,。Vorapot 等基于生命周期方法對(duì)廢潤(rùn)滑油進(jìn)行技術(shù)與環(huán)境方面的評(píng)估。Ampaitepin等對(duì)能源替代系統(tǒng)的效益成本進(jìn)行了評(píng)估,。結(jié)果表明,，單一的廢食用油系統(tǒng)需要在裂解反應(yīng)器進(jìn)行化學(xué)預(yù)處理，考慮化學(xué)處理的成本因素,，因此不是一個(gè)很好的選擇( 效益成本比 ＜ 1) ,，而廢食用油與廢潤(rùn)滑油組成的系統(tǒng)對(duì)于廢潤(rùn)滑油的管理則是一種有利的替代物( 效益成本比 ＞ 1) 。Ampaitepin 等對(duì)廢食用油,、廢潤(rùn)滑油和廢塑料 3 種廢物資源化利用進(jìn)行了評(píng)估,，獲得了最大,、最小轉(zhuǎn)化率時(shí)的裂解油的總放熱量,，分析了電力成本和運(yùn)輸成本，結(jié)果表明,，從能量取得和經(jīng)濟(jì)學(xué)觀點(diǎn)看,，協(xié)同處理 3 種廢棄物是最有利潤(rùn)的。Hsu 等采用層次分析法( analytic hierarchy process,，AHP) 對(duì)潤(rùn)滑油再生技術(shù)進(jìn)行了分析,、選擇與比較，為政府決策和制造業(yè)選定廢油再生方法提供研究依據(jù),。

國(guó)內(nèi)一些專家學(xué)者對(duì)潤(rùn)滑油再生政策進(jìn)行分析,，并提出了有益的觀點(diǎn)。馬寧解讀了我國(guó)潤(rùn)滑油再生市場(chǎng)管理的政策,，應(yīng)借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn),，通過(guò)立法及經(jīng)濟(jì)手段來(lái)扶持廢潤(rùn)滑油再生市場(chǎng)的發(fā)展，建立并完善相關(guān)的法律法規(guī)體系,，形成專業(yè)的行業(yè)政策和標(biāo)準(zhǔn),，并制定鼓勵(lì)政策，促進(jìn)廢潤(rùn)滑油再生產(chǎn)業(yè)化,。張春光等建議完善并制定我國(guó)的廢油再生加工法規(guī),，切實(shí)把立足點(diǎn)轉(zhuǎn)移到節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)上來(lái)，應(yīng)借鑒歐洲尤其是意大利的做法,，專門組織廢油的收集,、分類和再生，使我國(guó)廢油再生行業(yè)的發(fā)展走向正軌,。

廢潤(rùn)滑油的回收與利用在國(guó)外一些國(guó)家已經(jīng)受到足夠的重視,，并考慮了廢潤(rùn)滑油收益成本比和環(huán)境的影響,。在我國(guó)需要制定完善的法律、法規(guī)以及相應(yīng)的引導(dǎo)政策,。

2 廢潤(rùn)滑油再生成燃油的研究

一些廢潤(rùn)滑油是不可能再生成潤(rùn)滑油的,，只能再生成為液態(tài)燃料。如混有殘?jiān)剂嫌偷膹U油,，即使通過(guò)良好的精制,，所制取的再生油凝點(diǎn)仍然會(huì)不達(dá)標(biāo)。許多廢潤(rùn)滑油中含有輕質(zhì)燃料油,，如廢內(nèi)燃機(jī)油中含有少量輕柴油及重汽油,，機(jī)械廠的洗油中含有大量的輕柴油或煤油，洗油罐的洗油中含有大量輕柴油,，所以在蒸餾中產(chǎn)生輕柴油,、汽油餾分，這類廢潤(rùn)滑油適合再生成燃料,。而且,，將廢潤(rùn)滑油再生成燃油，在經(jīng)濟(jì)上也有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì),，成為廢潤(rùn)滑油的一個(gè)主要去向,。高溫分解與催化裂化是廢潤(rùn)滑油再生成燃油的 2 種主要技術(shù)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者,、研究人員對(duì)廢潤(rùn)滑油再生燃油進(jìn)行了一系列研究,。

Seung －Soo 等采用熱重分析的方法研究車用廢潤(rùn)滑油在間歇釜式攪拌反應(yīng)器的非等溫裂解特性。研究結(jié)果表明,，裂解產(chǎn)物 C 原子分布: C5～ C11( 10. 98% ～16. 83%) ,，C12～ C25( 42. 95% ～55. 85%) ，＞ C25( 27. 32% ～46. 07%) ,，廢潤(rùn)滑油的主要分解溫度范圍為 400 ～ 460℃,，在轉(zhuǎn)化率為 11% ～ 96% 時(shí)，活化能大小為 281. 78 ～447. 66 kJ/mol,，反應(yīng)級(jí)數(shù)為1. 35,。Seung －Ho 等還研究了船用廢潤(rùn)滑油和廢捕魚繩索的裂解動(dòng)力學(xué)特性，得到了裂解溫度范圍和活化能參數(shù)等,。研究結(jié)果表明,，裂解的碳?xì)浠衔锏奶荚訑?shù)分別在 24 以下和 21 以下。Fuentes等采用熱重分析方法研究在不同的氮?dú)?氧氣的比例( 4∶ 1和9∶ 1) ,、不同的質(zhì)量( 2. 5,、5 mg) 和不同的升溫速率下廢潤(rùn)滑油的熱裂解特性。研究結(jié)果表明，檢測(cè)到具有半揮發(fā)性的多環(huán)芳香烴( 萘,、菲,、蒽等) 。Manar 等對(duì)廢舊輪胎和廢潤(rùn)滑油的混合物進(jìn)行熱化學(xué)再利用,，制成高熱值產(chǎn)物進(jìn)行了研究,，考察了溫度、催化劑種類及催化劑比例對(duì)產(chǎn)物的影響,。

Song 等采用電弧法裂解廢潤(rùn)滑油,，用色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分析其成分。結(jié)果表明,，氣體產(chǎn)物主要有35% ～ 40% 的氫氣,、13% ～ 20% 的乙炔、3% ～ 4% 的乙烯和其他碳?xì)浠衔?。Seung －Soo 等采用熱重分析技術(shù)研究車用廢潤(rùn)滑油和聚苯乙烯的混合物在間歇釜式攪拌反應(yīng)器中的非等溫裂解特性,。研究結(jié)果表明，隨著加熱速率的減小,，裂解的碳?xì)浠衔锏奶荚訑?shù)分布向低碳?xì)浠衔锲?。Thallada等在含鐵催化劑作用下從廢潤(rùn)滑油中制取燃油。

研究表明,，鐵/二氧化硅有助于裂解廢油中碳原子高達(dá) 40 的碳?xì)浠衔?。Mustafa采用催化裂解法從廢潤(rùn)滑油中煉制近似汽油燃料( Gasoline－like fuel,，GLF) ,。研究結(jié)果表明，最高出油率達(dá) 92. 5%,，所制燃油比汽油辛烷值高,，閃點(diǎn)略低于汽油。Demirbas也采用催化裂解法從廢潤(rùn)滑油中煉制近似汽油燃料,。研究結(jié)果表明,，在氧化鋁催化作用下，在溫度為 570 ～ 620 K 時(shí)產(chǎn)油率急劇增加,。Charusiri 等將廢潤(rùn)滑油,、廢食用油和聚丙烯混合后進(jìn)行裂解制油。研究結(jié)果表明,，出油率達(dá) 95. 8%,，燃油主要為汽油和柴油。Orhan等采用熱解蒸餾法從廢潤(rùn)滑油中制取近似柴油燃料( Diesel －like fuel) ,，研究了碳酸鈉,、沸石和氧化鈣催化劑對(duì)所制燃油密度、黏度,、閃點(diǎn),、硫含量,、熱值和餾出溫度的影響。研究結(jié)果表明,，在氧化鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 2%時(shí)含硫量達(dá)到最低,，此時(shí)所制燃油的餾出溫度最接近柴油。圖 1 是燃油精煉和蒸餾示意圖,。Amnat 等使用硫酸化氧化鋯對(duì)廢潤(rùn)滑油催化裂解制取液體燃料,。研究結(jié)果表明，煤油,、輕質(zhì)柴油,、柴油、殘?jiān)?、煤氣和固體的最高轉(zhuǎn)化率分別為9. 04% ,、15. 61% 、5. 00% ,、23. 30% ,、25. 58% 和0. 87% ，分解產(chǎn)品包括 C7～ C15的烷烴,、C7～ C15的鏈烷烴以及甲苯,、乙苯、二甲苯等芳香烴,。Su 等采用微波加熱裂解廢潤(rùn)滑油,，研究結(jié)果表明，近似汽油燃料出油率達(dá) 88%,，產(chǎn)物主要為輕質(zhì)脂肪和芳香烴碳?xì)浠衔?，而硫含量、氧含量和有毒芳香烴較少,，幾乎不含重金屬,。因此，微波加熱是一種綠色的廢潤(rùn)滑油再生成燃油的方法,。

國(guó)內(nèi)一些學(xué)者也對(duì)廢潤(rùn)滑油再生燃油進(jìn)行了相關(guān)研究,。鄭典模等采用廢聚乙烯( PE) 、廢聚丙烯( PP) ,、廢聚苯乙烯( PS) 的混合塑料與廢潤(rùn)滑油共同裂解制取燃料油,。研究表明，出油率達(dá) 89% 以上,，汽,、柴油比例達(dá) 83%。王興衛(wèi)采用催化裂解廢潤(rùn)滑油的方法制備輕柴油，篩選了以硅鋁為主要成分的催化劑,，研究不同劑量下液體油,、殘?jiān)筒荒龤怏w的回收率，對(duì)色度和安定性進(jìn)行了改進(jìn),。試驗(yàn)結(jié)果表明,，餾程、閃點(diǎn),、十六烷值等指標(biāo)達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),。昆明理工大學(xué) Wang 等以廢機(jī)油、齒輪油,、液壓油,、專用油等廢油為研究對(duì)象，通過(guò)沉降,、滲濾和升濾處理,，加堿及催化劑后加熱裂解為汽、煤,、柴油,，然后用分子篩、板框過(guò)濾精制,，除去水和雜質(zhì),，最后添加各種添加劑。通過(guò)以上 4 個(gè)環(huán)節(jié),，把廢油裂解為優(yōu)質(zhì)柴油,，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)的目的。

3 廢潤(rùn)滑油再生燃油的應(yīng)用研究

廢潤(rùn)滑油及其再生燃油均可在燃燒設(shè)備中燃用,，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了相關(guān)研究,。早期有研究者把廢潤(rùn)滑油與柴油混合燃料用在內(nèi)燃機(jī),、鍋爐,、汽輪機(jī)上都可以燃燒，潤(rùn)滑油比例為 1% 時(shí),，燃燒良好,，廢潤(rùn)滑油比例為 10% 時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)零部件沒(méi)有明顯的磨損,，碳煙并沒(méi)有明顯變化,，但長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行可能會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題。美國(guó)西南研究院 Steven 等研究重型柴油機(jī)燃用廢潤(rùn)滑油和煤油燃料混合燃燒的排放情況,，工況按照 EPA 瞬態(tài)測(cè)試循環(huán),，廢潤(rùn)滑油比例為 0 ～7. 5%。試驗(yàn)結(jié)果表明，柴油機(jī)摻混廢潤(rùn)滑油后 CO 和 NOx排放沒(méi)有明顯增加,，HC,、PM 和碳煙排放有輕微增加。Tajima 等對(duì)柴油機(jī)燃用廢潤(rùn)滑油進(jìn)行試驗(yàn)研究,，結(jié)果表明,，燃燒室有一定量的沉積物。

近年來(lái),，出現(xiàn)了有關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)燃用再生燃油方面的報(bào)道,。Orhan 等開(kāi)展了汽油機(jī)燃用從廢潤(rùn)滑油中提煉的近似汽油燃料的性能與排放試驗(yàn)研究，該汽油機(jī)為四缸,、四沖程,、水冷、自然吸氣,，缸徑和沖程分別為 76 mm 和 71. 5 mm,，排量為 1. 3 L，燃油系統(tǒng)采用化油器方式供給,。試驗(yàn)結(jié)果表明,，近似汽油燃料對(duì)有效功率、有效熱效率,、平均有效壓力和燃油消耗率有積極影響,，增加 CO 排放和排氣溫度，減少HC 排放,。Arpa 等還開(kāi)展了汽油機(jī)燃用從廢潤(rùn)滑油中提煉的近似汽油燃料和松節(jié)油混合燃料的性能與排放試驗(yàn),。研究表明，隨著松節(jié)油比例增加,，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩,、平均有效壓力和有效熱效率增加，而燃油消耗率下降,，加入松節(jié)油后,，發(fā)動(dòng)機(jī) NOx排放增加，CO 排放減少,。Arpa 等還開(kāi)展了柴油機(jī)燃用從廢潤(rùn)滑油中提煉的近似柴油燃料的性能與排放試驗(yàn)研究,。試驗(yàn)結(jié)果表明，柴油機(jī)燃用再生燃料性能良好,，沒(méi)有出現(xiàn)不良問(wèn)題,，而且在滿負(fù)荷時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、平均有效壓力和有效熱效率增加,，燃油消耗率下降,。

與國(guó)外研究相比,，我國(guó)有關(guān)廢潤(rùn)滑油及其再生燃料在燃燒設(shè)備上的研究報(bào)道較少，在柴油機(jī)上應(yīng)用還沒(méi)有報(bào)道,。曾亞森對(duì)環(huán)保型廢機(jī)油燃燒式熱水器進(jìn)行了研究,，分析了廢機(jī)油燃燒的可行性，設(shè)計(jì)了燃燒器燃燒方案和安全控制系統(tǒng),，采用旋流板濕式除塵脫硫裝置進(jìn)行尾氣處理,，滿足了洗車、供暖要求,。楊寶祥設(shè)計(jì)了一種廢機(jī)油燃燒器,，包括預(yù)熱小油箱、油管,、鼓風(fēng)機(jī),、電機(jī)、電磁閥,、燃燒腔,、噴油嘴、點(diǎn)火裝置,、高溫高壓油泵和溢流閥,。

4 結(jié)論

我國(guó)廢潤(rùn)滑油再生燃油方面的研究剛剛起步，在成本效益,、環(huán)境影響評(píng)價(jià)方面還需要進(jìn)一步加強(qiáng),，在政策引導(dǎo)、相關(guān)法規(guī)方面需要進(jìn)一步落實(shí),。除此之外,，如何制備高的出油率是再生燃油技術(shù)方面的重要內(nèi)容，應(yīng)從廢潤(rùn)滑油的前處理,、裂解方法,、催化劑選擇、后處理等方面考慮,。在應(yīng)用方面,，應(yīng)根據(jù)不同的再生燃油的油品特性選擇相應(yīng)的燃燒設(shè)備。